Mit einem Bruchtest soll geprüft werden, welche Verklebung von V2A auf PET geeignet ist – Stahl auf Kunststoff kleben ist eine Herausforderung. Alle drei untersuchten Verklebungen sind gut haltbar.
01.10.2023
03.12.2023
Ausgangslage und Motivation
Im Projekt Biene40 stehen wir vor der Herausforderung, Sensoren in und an Bienenstöcken zu befestigen. Prototypen der Befestigungen sind aus Aluminium oder Stahl und werden mit Komponeneten aus Holz oder Kunststoff aus dem 3D-Drucker kombiniert. Auf Spezialprodukte, die den späteren Nachbau der Prototypen durch geneigte Imker:innen erschweren, soll weitgehend verzichtet werden. Daher sollen insbesondere Standard-Klebematerialien auf Eignung untersucht werden.
Ziel der Untersuchung
Ziel der Untersuchung ist,
- iterativ geeignete Kleber für verschiedene Anwendungsszenarien (Sensoren in Bienenstöcken) zu identifizieren
- Erkenntnisse über verklebungen frühzeitig zu dokumentieren und zu kommunizieren, um hierdurch anderen Forschergruppen Hilfestellung zu geben.
Methode und Untersuchungsbedingungen
Werkstücke aus Stahl (hier Unterlegscheiben aus V2A) werden auf eine Platte aus PET (3D-Druck) mit unterschiedlichen Klebern geklebt (Kandidaten siehe Abb. 1). Die Verklebungen haben eine Ruhezeit von 24 Stunden bei Raumtemperatur. Der Test der Verklebung erfolgt in Form eines Bruchtests.
Mit einem Schraubendreher wird auf die Verklebung manuell eine Scherkraft ausgeübt. Die Scherkraft wird mit einer Personenwaage als Gewicht in kg gemessen. Die Scherkraft wird sukzessive soweit erhöht, bis die Verklebung versagt und sich das Werkstück (die V2A-Unterlegscheibe) von der Unterlage (PET 3D-Druck-Material) löst. Nach der Verklebung sind die Kandidaten wie in Abb. 2 angeordnet.
Nach dem Bruchtest werden die Kandidaten wieder verklebt und in ein Wasserglas gestellt und so zwei Monate dem Wasser ausgesetzt. Der Bruchtest wird wiederholt
Abb. 1: Die Materialien für den Bruchtest: Platte aus dem 3D-Drucker, drei V2A-Unterlegscheiben, drei unterschiedliche Kleber (von oben nach unten, Probennummer in Klammern) UHU Supergel (3), UHU Alleskleber (2), Tesa doppelseitiges Klebeband (1)
Abb. 2: Die verklebten Unterlegscheiben. Links im Bild ist die doppelseitige Klebefolie zu erkennen.
Testkandidaten
Drei Testkandidaten werden untersucht
Kandidat 1: Tesa Gewebeklebeband
Kandidat 2: UHU Alleskleber
Kandidat 3: UHU Sekundenkleber „Supergel“
Ergebnisse Stahl auf Kunststoff kleben
Erster Bruchtest nach Verklebung und Trocknungszeit nach Herstellerangaben (01.10.2023)
Die Verklebung mit Tesa doppelseitigem Klebeband gibt bei 4,8 kg Gewichtskraft nach.
Abb. 3: Bruch der Verklebung mit Tesa doppelseitigem Klebeband
Die Verklebung mit UHU Alleskleber gibt bei 5,8 kg Gewichtskraft nach.
Abb. 4: Bruch der Verklebung mit UHU Alleskleber
Die Verklebung mit UHU Supergel gab unter den gegebenen Versuchsbedingungen gar nicht nach und hielt einer Scherkraft vergleichbar mit 28,8 kg Stand.
Abb. 5: Die Verklebung mit UHU Supergel konnte unter den gegebenen Bedingungen nicht gelöst werden.
Zweiter Bruchtest nach zwei Monaten Bewässerung (03.12.2023)
Abb. 6: Zwei Monate standen die Verklebungen unter Wasser bei Raumtemperatur. Das Bild zeigt die Bewässerungsanordnung
Der Bruchtest wurde wie der erst Bruchtest durchgeführt. Die Verklebung 1 (Klebeband) gab nach 4,6kg nach, die Verklebung 2 (Uhu Aleskleber) hielt bis 20,2kg, die Verklebung 3 (Uhu Supergel) bis 7,8kg
Zusammenfassung
Die Grenzbelastungen der Verklebungen in kg. gibt die Tab. 1 an.
| Nr. | Klebstoff | Trockenbelastbarkeit (kg) | Nassbelastbarkeit (kg) |
|---|---|---|---|
| 1 | Klebeband | 4,8 | 4,6 |
| 2 | UHU Alleskleber | 5,8 | 20,2 |
| 3 | UHU Supergel | ohne Bruch | 7,8 |
Tab. 1: Grenzbelastungen, bei denen sich die Edelstahl-Unterlegscheibe von der PET-Platte lösten. Die Klebefestigkeit von UHU Alleskleber nimmt unter Wasser zu, die von UHU Supergel nimmt ab.
Fazit
Alle drei Arten der Verklebung sind im Rahmend des Projektes Biene40 ausreichend. Als besonders scherstabil erwies sich die Verklebung mit UHU Supergel unter trockenen Bedingungen. Bei Outdoor-Anwendungen liefert einfacher UHU Alleskleber eine stabile Klebelösung.
Anhang
Quellen
Beschreibungen der Hersteller:
Tesa doppelseitiges Klebeband https://www.tesa.com/de-de/buero-und-zuhause/tesa-doppelseitiges-klebeband-universal.html
UHU Alleskleber https://www.uhu.de/de/produkt.63646
UHU Supergel https://www.uhu.de/de/produkt.64167
Videodokumentation des Bruchtests: https://youtube.com/shorts/u0WeuLha_3M
Projektergebnisse Biene40: http://bieneviernull.de/ergebnisse
Vernetzungs- und Transfermaßnahme Beenovation: https://beenovation.de
Glossar
Danksagung
Die Untersucht fand im Rahmen des Projektes „Biene40 – vernetzte Sensoren für vitalere Bienen“ statt. Das Projekt wird gefördert vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL).
Abb. 6: FörderlogoBiene40 ist eines von 16 geförderten Projekten, die unter der Vernetzungs- und Transfermaßnahme Beenovation zusammengefasst werden.
Autor und Lizenz
Autor: Prof. Dr. rer. nat. Claus Brell, aktuelle Projekte: Biene40, AI4Bee
Lizenz: CC BY
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Es gibt so einige spezielle Schnellkleber, die wirklich bombenfest sind, besonders bei der Verklebung von verschiedenen Materialien.